研究文章|gydF4y2Ba开放获取gydF4y2Ba
罗伯特•Miotk Bartosz Hrycak,科学家们Jasiński杰西MizeraczykgydF4y2Ba,gydF4y2Ba ”gydF4y2Ba描述大气压氩气等离子体生成的915 MHz微波使用光学发射光谱学gydF4y2Ba”,gydF4y2Ba《光谱学gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 卷。gydF4y2Ba2017年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 文章的IDgydF4y2Ba6359107gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 页面gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 2017年gydF4y2Ba。gydF4y2Ba https://doi.org/10.1155/2017/6359107gydF4y2Ba
描述大气压氩气等离子体生成的915 MHz微波使用光学发射光谱学gydF4y2Ba
文摘gydF4y2Ba
介绍了调查的大气压力在915 MHz氩等离子体生成微波使用光学发射光谱学(OES)。915 MHz微波等离子体中引入和持续waveguide-supplied coaxial-line-based nozzleless微波等离子体源。介绍了调查的目的是估计参数生成的等离子体,即电子激发温度gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba、温度的等离子气体gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba,电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba。假设兴奋的氩原子水平局部热力学平衡,波尔兹曼方法允许在决定gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba8100 - 11000 K温度范围内的。等离子体气体的温度gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba估计通过比较模拟哦激进的光谱测量LIFBASE项目之一。获得的gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba在1200 - 2800 K温度范围。使用一个方法基于H的斯塔克展宽gydF4y2BaβgydF4y2Ba线,电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba确定的范围从1.4×10gydF4y2Ba15gydF4y2Ba1.7×10gydF4y2Ba15gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba−3gydF4y2Ba,根据吸收的功率微波等离子体。gydF4y2Ba
1。介绍gydF4y2Ba
大气压微波等离子体源(MPSs冲击)发现了许多不同的物理和技术应用,如气态污染物的分解(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),沉积薄层在纳米传感器(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),医学细菌失活(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba),和生产的氢通过碳氢化合物转换或其他航空公司(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
因为在气体等离子体处理的过程中,等离子体气体的温度和浓度的电子发挥重要作用;因此,这些基本参数是至关重要的知识对于理解化学动力学及其优化。gydF4y2Ba
在这项工作中,一个光学发射光谱学(OES) [gydF4y2Ba13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)方法用于微波氩等离子体诊断。等离子体是由微波诱导频率915 MHz的waveguide-supplied coaxial-line-based nozzleless议员(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。提出了设备允许所谓的冷等离子体的产生,分为部分局部热力学平衡(PLTE)等离子体gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
2。实验gydF4y2Ba
在图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba国会议员的照片显示,而草案中展示了一个实验装置图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba。国会议员提供通过一个标准波导WR 975,最终通过一个可移动的柱塞,允许一个有效的传输的微波功率等离子体电场。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
在使用国会议员,放置一个石英管。管,两个气体流动形成的。第一个是轴流(气)处理,第二个是漩涡流(冷却气体)。在轴流,处理气体引入到石英管通过内部电极。漩涡流,冷却气体交在议员由四个入口位于无关地石英管墙(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。这导致了一个漩涡在石英管(漩涡)流。在这种类型的国会议员,等离子体火焰的形式出现在石英管内部电极的尖端。额外的漩涡流稳定放电中心的石英管和保护石英壁过热(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。以下议员波导,石英管周围是金属圆柱体与垂直狭缝观察生成的放电。gydF4y2Ba
对称双凸石英透镜(50毫米直径,焦距75毫米)被用来聚焦光发出的微波等离子体。此外瞄准发射光,两个膜片直径1毫米的小孔。在这些调查中,微波等离子体的光谱被麦克弗森209型分光计测量,配备了双向扫描单色仪。使用的光谱仪配备sensitivity-calibrated iCCD相机和衍射光栅1200槽/毫米。gydF4y2Ba
使用Hg我线gydF4y2BaλgydF4y2Ba= 365.02 nm, 435.84 nm,和546.07 nm发出低压校准Hg-Ne灯,仪器谱线增宽gydF4y2Ba已经确定。所得的值gydF4y2Ba是关于0.07海里。gydF4y2Ba
3所示。结果gydF4y2Ba
在实验过程中,氮气被用作冷却气体在恒定的流量50问/分钟。进行了调查与处理气体氩流量等于50问/分钟。吸收的功率微波等离子体gydF4y2BaPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba计算作为事件的区别gydF4y2BaPgydF4y2Ba我gydF4y2Ba和权力的体现gydF4y2BaPgydF4y2BaRgydF4y2Ba在国会议员gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。的gydF4y2BaPgydF4y2Ba我gydF4y2Ba和gydF4y2BaPgydF4y2BaRgydF4y2Ba使用定向耦合器被直接测量。在这些调查中,权力gydF4y2BaPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba从2到4千瓦。gydF4y2Ba
下面的光谱记录15毫米内电极的尖端。在我们的测试中,我们关注的发射光谱范围在300 - 600海里。的一个示例记录光谱如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。检测发射谱线H或哦,激进分子,一个小的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO蒸汽(HgydF4y2Ba2gydF4y2Bao - 0.1 kg / h, hgydF4y2Ba2gydF4y2BaO蒸汽温度等于400°C)被添加到流程气体流量。gydF4y2Ba
在进行的调查中,我们假设微波等离子体在当地大气压力通常是局部热力学平衡(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。这种假设允许我们使用玻耳兹曼图方法来确定gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。行氩(参见图5过渡gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)选择确定gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba。选择氩线与玻尔兹曼图方法的参数表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。玻耳兹曼图显示在图的一个例子gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。整合与实验点表示直线的氩原子激发态的平衡。获得的gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba在8100 - 11000 K的范围,如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。估计gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba温度增加而增加吸收微波功率gydF4y2BaPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
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人们普遍认为微波放电,转动温度哦激进gydF4y2BaTgydF4y2Ba腐烂gydF4y2Ba对应的转化温度重粒子在等离子体气体的等离子体(温度gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba)[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。获得分子转动温度、哦gydF4y2Ba 是使用。这个乐队非常敏感对旋转温度的变化(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。后测量光谱哦,我们模拟这个乐队LIFBASE项目(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。这个程序允许计算等离子体的发射光谱辐射的各种气体单独转动和振动温度。在这个程序中,模拟哦带是安装在实验一(图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。一个好的协议被发现。光谱模拟进行高斯线形状与应用价值等于0.07海里。获得的气体温度gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba范围从1200到2800 K(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
通过使用氢气的方法基于斯塔克展宽HgydF4y2BaβgydF4y2Ba线,电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba在等离子体测定gydF4y2Ba13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。水蒸气的引入导致氢H的发射谱线的出现gydF4y2BaβgydF4y2BaHgydF4y2BaδgydF4y2Ba,和HgydF4y2BaγgydF4y2Ba。在我们的工作中,我们只关注HgydF4y2BaβgydF4y2Ba(486.13海里)。HgydF4y2BaδgydF4y2Ba和HgydF4y2BaγgydF4y2Ba线不明显或部分重叠的氩。因此,这两条线没有用于确定电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba。gydF4y2Ba
记录的形状HgydF4y2BaβgydF4y2Ba线是几种不同机制共同作用的影响的扩大(仪器gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba范德瓦耳斯gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba斯塔克gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba共振gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba多普勒gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和自然gydF4y2Ba),结果沃伊特概要文件(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。为了获得H的应用gydF4y2BaβgydF4y2Ba行调查实测断面,沃伊特函数原来的样貌。配件是使用原点执行软件(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
的多普勒展宽gydF4y2Ba是由于等离子体原子的随机运动。这种影响可以从[计算gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是波长,gydF4y2Ba在开尔文发射器的温度,gydF4y2Ba在a.m.u发射器的质量。在这种工作,gydF4y2Ba被认为等于等离子气体的温度gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba范德瓦耳斯扩大gydF4y2Ba是偶极兴奋的原子之间的相互作用的影响和中性原子基态gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。的gydF4y2Ba扩大可以从[估计gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是压力和gydF4y2Ba波尔兹曼常数。测定等离子体气体温度gydF4y2Ba范德瓦耳斯允许估算值和多普勒展宽效应。使用上面的公式,的值gydF4y2Ba和gydF4y2Ba扩大的HgydF4y2BaβgydF4y2Ba行计算。获得的价值gydF4y2Ba等于0.003 nm,Δ吗gydF4y2BaλgydF4y2BaWgydF4y2Ba分别为= 0.02海里。在测试范围内的吸收微波功率gydF4y2BaPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,确定值是常数。介绍工作、共振和自然扩大已经省略了由于值低的半最大值宽度相比其他影响(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
考虑到估计的值gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和gydF4y2BaH和获得价值的半最大值宽度gydF4y2BaβgydF4y2Ba线,明显的扩大gydF4y2Ba计算(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。在实验中,我们观察到一个线性斯塔克展宽的估计价值之间的关系gydF4y2BaHgydF4y2BaβgydF4y2Ba线和吸收微波功率gydF4y2BaPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba由等离子体。在计算gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba,Gig-Card理论gydF4y2Ba24gydF4y2Ba使用了)。测量电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba范围从1.4×10gydF4y2Ba15gydF4y2Ba1.7×10gydF4y2Ba15gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba−3gydF4y2Ba(图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。电子浓度的值表明之间的平衡电子与重粒子碰撞的结果是不能实现的。因此,不能被一个等离子体温度。gydF4y2Ba
采用经典理想气体模型和使用测量电子的浓度,我们估计,等离子体的电离度~ 10gydF4y2Ba−4gydF4y2Ba。这表明电离程度太低使热化的电子能量分布函数。因此,可能存在缺乏平衡的基本状态和氩原子激发态的等离子体。这导致测量温度可能高估了。在测量中,我们记录辐射从激发态,它们碰撞的结果,而基本保持中立。gydF4y2Ba
4所示。结论gydF4y2Ba
一个大气压力的调查在915 MHz氩等离子体生成微波使用光学发射光谱学(OES)提出了工作。这些调查了电子的激发温度gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba,气体温度gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba,电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba在生成的氩等离子体。在测试范围内的吸收微波功率gydF4y2BaPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba通过等离子体,我们观察到的激发温度的增加gydF4y2BaTgydF4y2BaexcgydF4y2Ba,气体温度gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba,电子的浓度gydF4y2BangydF4y2BaegydF4y2Ba。这些结果表明,适当选择的气体和议员的操作参数(中部和额外的流量,吸收微波功率)允许在获得等离子体所需的参数。还应该提到调查议员工作非常稳定的各种处理气体(氩气、氮气、空气和二氧化碳)在高流速和吸收微波功率等离子体可以改变在一个范围广泛。因此,上述特性使议员提出一个有吸引力的工具对不同气体处理在高流速。gydF4y2Ba
的利益冲突gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba
确认gydF4y2Ba
作者感谢国家科学中心(项目没有。2013/11 / N / ST8/00802)和波兰的基础科学(FNP项目没有开始。53.2017)的金融支持这项工作。gydF4y2Ba
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